UPThèses

La différenciation sexuelle des Isopodes dépend d'une hormone sexuelle protéique, l'hormone androgène (HA), caractéristique des Malacostracés. Cet Insulin-Like Peptide suffit à induire par sa présence la différenciation mâle de ces Crustacés. Nous avons identifié in silico le transporteur circulant de l'HA, l'IGFBP-rP1, chez de nombreuses espèces d'Isopodes ainsi qu'à l'échelle des Crustacés. De la même façon, nous avons identifié deux récepteurs transmembranaires, l'IR1 et l'IR2, issus d'une duplication de gène spécifique des Malacostracés. Les patrons d'expression de ces gènes ont été étudiés sur notre espèce modèle, Armadillidium vulgare. Av-IGFBP-rP1 et Av-IR1 sont exprimés de manière ubiquiste et tout au long du développement. Av-IR2 est aussi exprimé à chaque stade de la différenciation mais ce transcrit est quasi-spécifique des glandes androgènes et ovaires. Une approche par ARNi a confirmé l'implication de ces trois protéines dans la voie de signalisation de l'HA. En effet, l'inhibition de l'HA, Av-IGFBP-rP1 et Av-IR1 provoquent l'hypertrophie des glandes androgènes, suggérant leur implication dans une boucle de rétro-contrôle de l'HA. L'inhibition de Av-IR2 semble seulement provoquer la différenciation d'ouvertures génitales femelles. Ces phénotypes sont comparables à ceux des intersexués mâles induits par la bactérie féminisante endogène Wolbachia. Nous montrons cependant que la bactérie altère seulement l'expression de l'HA et pas celle des récepteurs. Enfin, nous avons testé l'effet du bisphénol A mais nous n'observons pas d'altération de la différenciation sexuelle des larves lors d'expositions à ce perturbateur endocrinien exogène.

De nombreuses études mettent en évidence un effet positif de la diversité spécifique sur la productivité des communautés végétales et la biodiversité associée. Mais l’effet de la diversité génétique sur la communauté d’espèces reste encore peu étudié en dépit des rares études montrant un effet positif avec des perspectives d’application dans le domaine de l’amélioration des plantes. C’est dans ce contexte que cette thèse s’interroge sur l’effet de la diversité génétique sur les communautés prairiales et la biodiversité du sol associée. Cette thèse repose sur une situation réelle via un dispositif d’évaluation de mélanges prairiaux installé par et chez un sélectionneur de plantes fourragères. Les résultats majeurs de cette thèse sont un effet positif de la diversité génétique des espèces sur la production de biomasse du mélange, particulièrement lors d’épisodes de sècheresse, et sur l’équilibre d’abondance des espèces. Ces effets positifs semblent être le résultat d’une différenciation de niches des espèces qui est à la base de la complémentarité des espèces en écologie. Il a été mis en évidence une complémentarité temporelle des espèces par une asynchronie des dynamiques de croissance, mais aussi une complémentarité sur l’acquisition de la lumière par des mécanismes de sélection et de plasticité. Enfin, des effets de la diversité génétique ont été observés sur la diversité microbienne avec des rétroactions potentielles sur les plantes. Au vu de ces résultats, il apparait que la diversité génétique occupe une place centrale dans l’assemblage et la structuration des communautés végétales et microbiennes, nous amenant à réfléchir quant à sa valorisation en amélioration des plantes.

Les bactéries sont une composante indissociable des réseaux de distribution d’eau potable qui, en les colonisant, forment des communautés complexes. Il est émis l’hypothèse que des variations de structure et de composition de ce microbiome pourraient refléter des changements de la qualité de l’eau liés à différents phénomènes (stagnation, biocorrosion, changement de pression, ...). Une importante campagne de prélèvements menée sur le réseau d’eau potable de Paris a permis d’apprécier la dynamique de ces communautés bactériennes selon trois méthodes différentes : la description de la communauté par metabarcoding, la culture de la flore hétérotrophe totale et la quantification par PCR de trois pathogènes opportunistes, Mycobacterium spp. L. pneumophila, et P. aeruginosa. Cette étude a mis en évidence une certaine diversité au sein des communautés bactériennes de l’eau potable malgré une prédominance des genres Hyphomicrobium et Phreatobacter. Les méthodes de culture et de PCR quantitative mettent également à jour l’importance écologique du genre Mycobacterium. L’intégration aux analyses des paramètres spatio-temporels et physico-chimiques de l’eau potable a permis de constater une relative stabilité des communautés bactériennes. Cependant, suite à d’importants évènements climatiques, des variations dans la structure des communautés sont visibles sans conséquence sur la qualité sanitaire de l’eau. Ces travaux suggèrent que l’utilisation en parallèle de différentes méthodologies, et notamment l’apport du metabarcoding, permet d’améliorer la connaissance sur le réseau de distribution d’eau potable et de mieux observer des changements fins, invisibles aux méthodes classiques.

Les Oniscidea présentent une diversité remarquable de systèmes chromosomiques de déterminisme du sexe (hétérogamétie mâle XX/XY ou hétérogamétie femelle ZW/ZZ), dont l'origine reste encore largement inconnue à ce jour. Il a été proposé que ces différents systèmes puissent être le produit de la coévolution entre les isopodes terrestres et Wolbachia, une bactérie endosymbiotique féminisante transmise verticalement par voie ovocytaire. Dans le but de caractériser l'impact de l'endosymbiose à Wolbachia sur l'évolution des mécanismes de déterminisme du sexe, nous avons utilisé une combinaison d'approches génomique, transcriptomique et d'expression de gènes. Tout d'abord, le génome de l'espèce Armadillidium nasatum (caractérisée par un système XX/XY) a été généré et ensuite annoté structurellement et fonctionnellement. A partir de ce génome, des approches de génomique comparatives ont permis la caractérisation de séquences liées au chromosomes Y, afin de mieux comprendre les processus impliqués dans la dégénérescence des gonosomes. Afin d'identifier des effecteurs liés au déterminisme ou à la différenciation du sexe, une approche par gènes candidats a permis de caractériser des gènes à domaines DM, connus pour être impliqués dans le déterminisme du sexe de nombreuses espèces, et d'en mesurer l'expression au cours du temps. Enfin, une phylogénie des Oniscidea a été réalisée en parallèle d'expériences de réversion de sexe afin d'estimer le nombre et la direction des transitions de systèmes d'hétérogamétie au cours de l'évolution des isopodes terrestres. Ces travaux contribuent à illustrer l'impact de l'endosymbiose sur l'évolution des mécanismes de déterminisme du sexe de l'hôte.

La diversité génétique est un paramètre capital pour les populations comme pour les individus. Ainsi, l'hétérozygotie confère généralement un avantage de valeur sélective aux individus dans de nombreux taxa, et il existe divers processus de sélection sexuelle permettant d'optimiser l'hétérozygotie de la descendance. Nous avons testé ces hypothèses chez l'isopode terrestre Armadillidium vulgare. Nous avons pu mettre en évidence un meilleur succès reproducteur des mâles les plus hétérozygotes, qui peut résulter de la compétition intrasexuelle comme du choix de partenaire, ainsi que d'un choix pour un partenaire génétiquement dissimilaire. Ces deux processus ont pour conséquence d'augmenter l'hétérozygotie des descendants. Nous avons aussi décrit pour la première fois un fort taux de paternité multiple dans les populations naturelles comme expérimentales, augmentant la richesse allélique des portées et permettant à la sélection sexuelle post-copulatoire d'avoir lieu. De plus, nous avons pu observer que les animaux les plus hétérozygotes survivent mieux face à une infection bactérienne, probablement via une meilleure tolérance. Les individus les plus hétérozygotes sont également plus gros à âge équivalent, ce qui revêt une importance particulière pour les femelles puisqu'une grande taille leur confère une meilleure fécondité. Ces résultats suggèrent que divers mécanismes sont à l'origine du maintien de la diversité génétique dans les populations d'A. vulgare et confèrent aux individus une meilleure valeur sélective. Ainsi les populations de cet isopode terrestre possèdent vraisemblablement un potentiel adaptatif important permettant leur maintien à long terme.

Le but de notre travail est de développer une stratégie de vectorisation pour conférer la mobilité phloémienne aux produits agrochimiques en appliquant le concept de prodrogue dans l'élaboration de composés phytopharmaceutiques. Le fenpiclonil, fongicide non systémique de la famille des phénylpyrroles, a été choisi comme composé parent modèle et modifié en l'associant à un acide alpha-aminé ou à un monosaccharide. La mobilité phloémienne des conjugués entre le fenpiclonil et les acides L ou D-glutamique ou le D-glucose (D-GFC) a été évaluée chez des plantules de ricin. Le test de systémie a montré que le L-aminoacide était nettement plus favorable à la mobilité phloémienne que l'acide D-aminé ou le D-glucose. Les résultats suggèrent que le conjugué fenpiclonil/L-aminoacide est reconnu et manipulé par un système de transport d'acide aminé stéréospécifique énergisé par la force proton-motrice. Des expériences complémentaires ont montré que le D-GFC était un inhibiteur puissant et sélectif de l'absorption du saccharose par les tissus foliaires et du chargement phloémien du saccharose. En raison de l'inhibition spécifique des transporteurs de saccharose (par exemple AtSUC2), le D-GFC peut être envisagé comme un nouvel outil en phloémologie. Enfin, nous avons exploré l'impact de la modification de structure de l'espaceur afin d'optimiser la stratégie de prodrogue. Après avoir introduit différentes structures d'espaceur entre le fenpiclonil et la fonction acide aminé, le conjugué qui contient un cycle triazole avec l'acide aminé comprenant la chaine la plus courte a montré la meilleure mobilité phloémienne et, par ailleurs, une systémie optimisée par rapport aux dérivés acides du fenpiclonil dans la gamme des valeurs de pH de l'apoplasme foliaire.

Les amibes libres sont des protozoaires retrouvés dans de nombreux environnements où ils ingèrent par phagocytose des bactéries, des champignons, des virus ou d'autres protozoaires. Le modèle d'étude principal de cette thèse, divisée en deux grandes parties, a été Acanthamoeba castellanii. La première partie de la thèse a concerné l'étude de la préférence trophique des amibes, en présence de différents micro-organismes. Parmi ceux-ci, deux bactéries, Klebsiella pneumoniae et Staphylococcus aureus, se sont montrées les plus attractives pour les protozoaires étudiés. Des extraits bactériens ont été fractionnés et leur étude a permis de mettre en évidence la nature protéique des composés chimioattractifs impliqués dans ce dialogue intergenre. Certaines données de la littérature ont rapporté les similitudes entre A. castellanii et d'autres cellules phagocytaires que sont les macrophages. La seconde partie de la thèse a permis de comparer les activités de phagocytose d'A. castellanii et de la lignée macrophagique Thp-1 vis-à-vis de quatre micro-organismes : le champignon filamenteux Aspergillus fumigatus, les bactéries Klebsiella pneumoniae et Staphylococcus aureus, et un Adénovirus sérotype B3. L'influence des deux types de cellules phagocytaires sur la croissance des micro-organismes a également été étudiée. Ces travaux ont permis de mettre en évidence des différences de comportements des amibes libres par rapport aux macrophages vis-à-vis de micro-organismes pathogènes, montrant qu'il n'est pas toujours possible d'extrapoler les résultats d'études amibes libres/micro-organismes aux relations macrophages/micro-organismes.

Face à un contexte croissant d'incertitude, les systèmes agricoles doivent être performants, non seulement dans des conditions moyennes, mais aussi quand les perturbations sont plus importantes. Récemment, de nombreux concepts ont été développés pour étudier la durabilité des systèmes dans des environnements changeants, dont celui de robustesse. Néanmoins, son transfert aux systèmes de grandes cultures reste limité. L'objectif de la thèse est alors de proposer un cadre d'évaluation de la robustesse qui soit opérationnel en conditions de grandes cultures. Nous nous sommes focalisés sur la culture du blé tendre et avons défini la robustesse comme la capacité d'un système agricole à maintenir ses performances de rendement malgré l'apparition de perturbations. Un modèle économétrique défini à l'échelle du système de culture a été développé pour évaluer cette robustesse face à des conditions météorologiques et des niveaux de pression maladies changeants. Il a été appliqué sur 145 exploitations agricoles françaises et 2300 parcelles de blé enquêtées sur la période 2011-2014. Les résultats montrent que la robustesse aux perturbations abiotiques et biotiques varie d'un système de culture à l'autre. Les systèmes les plus robustes (respectivement, les moins robustes) ont pu être identifiés, en tenant compte des niveaux de rendement atteints en conditions moyennes et de la sensibilité de ces rendements à des variations climatiques. Alors que les situations de rendements "élevés" versus "faibles" s'expliquent surtout par des pratiques agronomiques dites d'intensification, ce sont surtout des variables dites de flexibilité qui expliquent la robustesse versus la sensibilité aux perturbations abiotiques. Au-delà de l'intérêt de cette approche pour mieux appréhender la robustesse des systèmes agricoles, la méthodologie développée présente l'avantage de pouvoir être appliquée à d'autres performances et/ou d'autres aléas.

Ce travail de thèse vise à mieux comprendre les mécanismes de choix du partenaire chez l'isopode terrestre Armadillidium vulgare. Cette espèce est infectée par la bactérie intracellulaire Wolbachia, connue pour manipuler la sexualité de ses hôtes. Chez Armadillidium vulgare, Wolbachia entraine une féminisation des mâles génétiques, les transformant en femelles fonctionnelles. L'objectif est donc à la fois de comprendre comment les individus choisissent leurs partenaires sexuels, mais également de connaître l'effet de Wolbachia sur ces mécanismes de choix. Afin de répondre à ces questions, une approche comportementale a été utilisée, afin de comparer l'attractivité et le comportement de différents types de femelles. Les résultats montrent que les mâles sont capables de discriminer finement entres des femelles ayant différents traits d'histoire de vie ou différents degrés d'apparentement. Nous montrons également que cette discrimination est corrélée à des changements d'odeur des femelles en fonction de leur état reproducteur et infectieux. Les conséquences de ces choix ont également été étudiées via des expériences de reproduction, et il apparaît que les préférences des mâles sont liées à des bénéfices en termes de succès reproducteur. Quant aux femelles, un suivi sur le long terme de différentes situations de sex-ratio révèle qu'à la fois les mâles et le fait qu'elles soient infectées par Wolbachia diminuent leur fitness, et notamment leur succès reproducteur, allant même jusqu'à modifier leurs préférences sociales.

La séquestration du C dans les sols réduit les effets du changement climatique, et améliore la qualité du sol. L'introduction des prairies temporaires dans le cycle des cultures pourrait améliorer les matières organiques du sol (SOM). L'objectif de la thèse était d'évaluer l'impact des modes de gestion de prairies temporaires sur la quantité, la composition et les processus de stabilisation des SOM et les émissions de gaz à effet de serre (GHG). Mes résultats montrent un arrière effet de la gestion des prairies temporaires sur les SOM après 3 ans de culture. La durée des prairies influence la quantité et la composition de la biomasse microbienne ainsi que la nature des SOM. La fertilisation en N de la prairie est nécessaire à la séquestration du C dans le sol sans augmenter les émissions de GHG. Pour remplacer la fertilisation en N minérale, des légumineuses peuvent être utilisées. En conséquence, je me suis intéressée à l'effet de la luzerne sur les formes de C, de N et de P dans les sols sous mélanges luzerne-graminées. Mes résultats indiquent une absence d'augmentation du stock de C dans les sols sous mélanges comparés aux monocultures de graminées fertilisées, malgré une plus forte productivité de la luzerne. Les biomarqueurs moléculaires indiquent que l'introduction de la luzerne en prairie influence la dégradation des SOM plus que leur stabilisation. De plus, la luzerne influence fortement les formes du P dans les sols sous mélanges. Ainsi, lors de l'introduction de prairie dans les cycles de culture, il est important d'optimiser les modes de gestion afin de faire le bon compromis entre le stockage du C, les émissions de GHG et l'utilisation d'engrais.